UHDI spinge la miniaturizzazione delle dimensioni delle funzionalità dei PCB al suo limite

Pronti o meno, la miniaturizzazione dei pacchetti elettronici sta avanzando a grandi passi, mettendo alla prova progettisti di PCB, fabbricanti di PCB e assemblatori di PCB. In questo blog, esamineremo alcune delle complessità della miniaturizzazione utilizzando la SMTA Ultra-HDI Assembly Test Board come guida.

Decostruire il Passato

Come era 7 anni fa, quando fu sviluppata la versione precedente della SMTA Assembly Test Board, questa nuova versione rappresenta uno strumento importante per gli assemblatori di PCB per analizzare i parametri di processo per soddisfare queste esigenze di miniaturizzazione. Esaminando l'attuale SMTA assembly test board, è diventato evidente che certi componenti, un tempo considerati all'avanguardia, sono ora diventati mainstream. Un design di SMTA test board realizzato da Chrys Shea può essere trovato qui sotto; puoi scoprire di più sul suo sito web.

Per aprire la strada all'innovazione, il design della scheda di test per l'assemblaggio Ultra HDI ha detto addio a questi componenti, facendo spazio alla prossima generazione. Componenti come i dispositivi discreti con passo di 0,5 mm nell'area array di dimensioni 0402 (1005M), sebbene ancora relativamente nuovi per i design più conservativi, sono passati all'uso quotidiano per molti assemblatori. Una vasta varietà di esperimenti negli anni ha aiutato a sviluppare linee guida per impronte, design degli stencil e layout delle schede per componenti su questa scala; ora è il momento di concentrarsi sul prossimo livello di sfide alla miniaturizzazione.

Abbracciare il Futuro

La buona notizia è che il componente elettronico più piccolo - il condensatore 008004 (0201M) non è diventato più piccolo. La cattiva notizia è che i componenti più grandi - gli array a griglia e i componenti terminati inferiormente – sono diventati più piccoli e più complicati.

Confronto delle dimensioni delle caratteristiche del condensatore 008004.

I pacchetti più piccoli sono sempre richiesti perché non rappresentano solo una riduzione dello spazio su una PCB; rappresentano spesso anche una riduzione dei costi. Man mano che i pacchetti più piccoli vengono adottati nei design e la loro popolarità cresce, spostano i loro predecessori più grandi, che poi diventano più costosi e infine obsoleti. Non è raro che la dinamica della catena di approvvigionamento costringa i design che non necessitano necessariamente di miniaturizzazione a implementarla.

La Sfida della Selezione

Scegliere i componenti per la scheda di test ridisegnata non era solo una questione di adottare le ultime tecnologie—era anche navigare le sfide che presentano. La miniaturizzazione porta con sé un insieme unico di ostacoli per gli assemblatori di PCB, dall'assicurare una saldatura adeguata in aree ad alta densità al far fronte a problemi legati al design che emergono durante l'ingrandimento.

Il processo di selezione non riguardava solo la dimensione dei componenti, ma anche la loro posizione, rotazione, layout dei pad, sollievo termico e altre considerazioni tipicamente incontrate sulla linea SMT.

Alcune delle nuove funzionalità di test includono:

• Vialetto dei Cippi
  Una caratteristica di spicco sulla scheda ridisegnata è quella che affettuosamente chiamiamo "Vialetto dei Cippi." Il tombstoning, dove un componente si erge in posizione verticale su un'estremità durante il reflow, è una sfida comune nell'assemblaggio miniaturizzato. Vialetto dei Cippi è un'area dedicata sulla scheda di test progettata strategicamente per testare e affrontare problemi di tombstoning. Ci permette di esplorare soluzioni innovative e affinare le nostre tecniche di assemblaggio per mitigare efficacemente questa sfida. Aggiungi qui il link al blog sul tombstoning.
• L'Effetto del Bordo Anteriore
  I depositi di pasta saldante sui pad della PCB che vengono stampati per primi sono solitamente molto meno ripetibili degli altri sul circuito. L'effetto si verifica in entrambe le direzioni di stampa. Più piccoli sono i pad e più sono stretti tra loro, più l'effetto è prevalente. Il test del Bordo Anteriore permetterà agli assemblatori di valutare gli effetti della posizione dei componenti e imparare come affrontarlo.
• Posizionamento Fuori Asse
  I giorni in cui si avevano solo orientamenti a 0, 90, 180 o 270 gradi sono ormai lontani. Adattare tutti i componenti necessari in un particolare fattore di forma richiede ora posizionamenti a 30, 45 o 60 gradi - o persino angoli personalizzati. Questo può presentare sfide per il posizionamento e l'ispezione. Componenti dalle dimensioni di 0201 (0603M) a 008004 (0201M) vengono posizionati in orientamenti tradizionali così come in angoli fuori asse tipici per testare le capacità delle macchine.
• Approfondimenti Illuminanti con i LED:
  Un'altra entusiasmante aggiunta alla scheda di test è l'incorporazione dei LED nei pattern dei componenti discreti. Sebbene sia un'aggiunta apparentemente piccola e semplice, svolge molteplici scopi. 
  • In primo luogo, svolgono una funzione di test in circuito: se tutti i 25 componenti sono saldati correttamente, si illuminano. 
  • In secondo luogo, forniscono una funzione di ispezione e risoluzione dei problemi: se i LED non si illuminano, l'assemblatore può ispezionare 50 giunti di saldatura per trovare il difetto.
  • In terzo luogo, agiscono come aiuto alla formazione per la rilavorazione. Se rilavorati correttamente, le luci si illumineranno. 

I dispositivi miniaturizzati portano con sé una nuova serie di sfide per la rilavorazione. I LED aggiungono un elemento dinamico e interattivo al processo di test, migliorando la praticità e il valore educativo.

In un futuro blog ci immergeremo nella fabbricazione ultra-HDI e, più specificamente, in come le varie tecniche di fabbricazione ultra-HDI possano migliorare la resa non solo con le tracce e gli spazi dei PCB, ma anche con questi pad a passo stretto. L'industria nel suo insieme sta attraversando una curva di apprendimento ripida e i fabbricanti di circuiti stampati e gli assemblatori di circuiti stampati stanno navigando questa curva di apprendimento per fornire infine linee guida di progettazione per i progettisti di circuiti stampati.

Per saperne di più sulla scheda di test per l'assemblaggio Ultra HDI SMTA, ascolta questo OnTrack Podcast con Zach Peterson e Chrys Shea.